Общая геология. Геология нефти и газа
Работу подготовил Карпов Сергей Владимирович
УдГУ, Нефтяной факультет
Ижевск, 2005 г.
1. Понятие о горных породах.
Горными породами называются плотные или рыхлые агрегаты, слогающие земную кору и состоящие из однородных или различных минералов и обломков других пород.
Горные породы образуются в результате геологических процессов, происходящих в недрах земной коры или на ее поверхности.
Горные породы делятся на три основные группы: Изверженные или магматические, осадочные и метаморфические. В данном случае рассмотрим все три варианта.
Магматические породы образуются в результате остывания и затвердевания магмы как на глубине, внутри земной коры, так и на земной поверхности после излияния. В зависимости от этого они делятся на глубинные, или интрузивные, и излившиеся или эффузивные. в свою очередь интрузивные породы также подразделяются на абиссальные т. е. застывшие на большой глубине и гипабиссальные, застывшие на небольшой глубине.
Эффузивные породы, не подвергшиеся изменению , называются кайнотипными, а претерпевшие изменения, более древние - палеотипными.
Магматические породы отличаются по химическому и минералогическому составу, а также по физическим свойствам.
Различие в химическом составе определяется содержанием кремнекислоты (SiO2) в породе. По этому признаку интрузивные и эффузивные породы разделяют на кислые(SiO2 75-65%); средние (65-52%) ; основные(52-40%) и ультраосновные (<40). Степень кислотности характеризуется также цветом и относительной плотностью породы. Цвет зависит от наличия таких цветных минералов в породе, как биотит, авгит и другие. Чем кислее породы тем они светлее.
В основных породах возрастает содержание темного силиката-авгита.
Поэтому они имеют темно-зеленый и даже черный цвет.
С уменьшением кислотности возрастает относительная плотность пород.
У кислых пород она 2, 5-3, 1; у средних 2, 7-2, 8; основные 2, 9-3, 1; ультраосновные 3, 1-3, 3.
Рассмотрим представителей магматических горных пород. : Например гранит, полевой шпат, кварц. .
Кварц –SiO2-стеклянный, н изломе жирный. Встречается белый, серый, безцветный. Разновидности: прозрачный-горный хрусталь, черный-марион, желтый-цитрин и др. Цвет черты –бесцветная, на изломе-раковина. Форма -призматические еристаллы, друзы, зернистые сплошные, скрытокристаллические массы. Плотность-2, 5-2, 8.
Имеет пьезоэлектрические свойства.
Признаки: Твердость, на изломе блеск, глинистых корочек не имеется. на гранях кристаллов поперечная штриховка.
Гранит : Светло-серый, красновато-серой пестрой окраски порода состоящая из полевых шпатов и имеющих светлую окраску и стеклянный блеск на плоскостях спаянности кристаллов.
Порода глубинная с кристаллической структурой и массивной текстурой.
Полевые шпаты: Ортоклазы K[ALSi3O8] окраска белая, серая, розовая, и др.
Порошок белый, блеск стеклянный, минерал твердый.
В группу входят также Микроклин, плагиоклазы, альбит и др.
Удельный вес-2, 6-2, 76.
Свойства группы минералов очень схожи.
Метаморфические горные породы:
Образовались в результате изменения осадочных или изверженных пород при метаморфизме с полным или значительным изменением минералогического состава , структуры и текстуры.
Метаморфизм в переводе с греческого языка означает(подвергнутый превращению) и связан с изменением структуры, минералогического и химического составов горных пород в земной коре под влиянием температуры, давлений и химических воздействий.
Под влиянием высокой температуры и давления изверженные породы превращаются в сланцевые, а осадочные породы приобретают кристаллическую структуру. Таким образом горные породы претерпивая изменения, приобретают новые свойства.
Метаморфические превращения осадочных горных пород начинаются на глубине3-5км. и усиливаются с глубиной под действием повышающихся температур и давлений.
Известно что на каждые 100м. верхней оболочки земного шара температура повышается примерно на 3 С.
К метаморфическим горным породам относятся ; кварциты, мраморы, яшмы, сланцы, кристаллические известняки и другие минералы.
У метаморфических пород структура кристаллически-зернистая, сходная со структурой изверженных пород, а параллельно-линейное расположение минеральных веществ подобно осадочным породам.
Приведем примеры ярких представителей данной группы:
Яшмы слагаются преимущественно халцедоном или смесью халцедона и кварца. В их составе наблюдается существенная примесь глинистого материала, оксидов железа, а в некоторых разностях присутствует органическое вещество.
Яшмы имеют яркие краски-красновато-коричневые различных оттенков, бурые, зеленые, пестрые.
Яшмы прочные, твердые породы с раковистым изломом. Плотность-до 2, 5г/см в кв.
Кварциты-состоит из кварца, полевой слюды, содержит примеси шпата.
Очень крепкое соединение, цвет серый, розовый, текстура массивная или полосчатая. Характерен мономинеральный состав. Порода кристаллически зернистая, характерен жирный блеск и раковистый излом, невысокий удельный вес.
Слоистость унаследована от осадочной породы(песка или песчаника), из которой он возник.
Мрамор-Имеет среднюю твердость и может иметь состав:
Кальцитовый, арагонитовый, доломитовый, магнезитовый. Структура слоистая, массивная, реагирует с HCL. Окраска различная.
Осадочные горные породы:
Образовались в результате осаждения органических и неорганических веществ на дне водных бассейнов и на поверхности Земли с последующим их уплотнением и изменением.
Мельчайшие частицы раздробленных водой и ветром изверженных пород, а также остатки животных и растительных организмов при осаждении образовывали слои и пласты.
Эти породы по способу образования подразделяют на обломочные(механич. осадки), породы химического и смешенного происхождения.
Осадочные горные породы-наиболее распространенные т. к. они покрывают около 75% всей Земной поверхности и составляют-10% массы Земной коры или как ее еще называют-литосферы.
Осадочные горные породы представляют для нефтяников особый интерес, поскольку с ними связаны подавляющее число залежей нефти и газа.
В мировой практике известны лишь отдельные случаи добычи нефти из изверженных и метаморфических пород.
В соответствии со способами образования осадочных горных пород, их можно и нужно описывать в определенной последовательности, а именно:
Обломочные породы образовались в результате разрушения, переноса и отложения мелких частиц разрушенных пород.
В соответстви со структурными особенностями обломочные горные породы подразделяются на крупнообломочные(псефиты), среднеобломочные(псаммиты), мелкообломочные(алевриты)и тонкообломочные(пелиты).
К обломочным горным породам относятся: Валуны, галечники, гравий, пески, песчаники, глины, аргелиты и глинистые сланцы.
Породы химического происхождения образовались в результате выпадения солей из водных растворов или в результате химических реакций в Земной коре. Эти породы разбиты на следующие группы:
Карбонатные, кремнистые, железистые галлойдные соли, сернокислые соли. Карбонатные породы-это известняки химического происхождения, солитовые известняки, известковые туфы, доломиты.
Кремнистые порды-это кремнистые туфы, которые образуются в результате выпадения аморфного кремнезита из воды горячих источников.
К группе железистых пород относятся различные железные руды(бурые железняки, железистые солиты).
К галлойдным солям относится каменная соль. Ангидрид и гипс относятся к группе сернистых солей.
К породам органического происхождения относятся известняки, мел, трепел и каустобоилиты.
Породы смешенного происхождения состоят из материалов обломочного, органического и химического происхождения. К породам смешенного происхождения относятся: Мергели, песчанные и глинистые известняки.
Глинистые минералы в чистом виде белые или безцветные, поэтому в отсутствии хлорофоров породы имеют белую окраску иногда с желтым или светло-серым оттенком. Бурый и красный цвета разной интенсивности и оттенков обусловлены присутствием окисных соеденений железа, присутствие повышенных количеств хлорита и зеленых гидрослюд часто придает породам серовато-зеленую окраску. Как правило порода насыщенная глинистыми слоями имеет мелкозернистую структуру.
В глинистых породах обнаружены почти все химические элементы.
Оксиды кремния и аллюминия в сумме состовляют не менеее 70% .
В заметных количесвах присутствуют : железо, кальций, магний, калий, натрий, титан и водород.
Содержание остальных элементов незначительно. Глинистые породы обладают рядом свойств и признаков, отличающих их от остальных осадочных образований. Глины могут размокать в воде, во влажном состоянии им свойственна пластичность. Глины способны поглощать воду преимущественно пресную и за счет этого значительно увеличиваться в размерах. При высыхании они растрескиваются, а в некоторых случаях превращаются в мелкую щебенку.
Карбонатные породы:
Известняк-основная часть-кальцит. Окраска весьма разнообразна, но преимущественно серая различной интенсивности. Нередко встречаются светло-серые известняки с желтым , бурым, зеленым или розовым оттенками. Нефтеносные известняки имеют черный или буровато- черный цвет.
Физические свойства известняков , в следствии различаются в составе, структуре и текстуре, изменяются в широком диапазоне , есть очень плотные, прочные и наоборот низкой плотности, пористые, не прочные.
Главнейшие примеси в известняках представлены доломитом, магнези- том, глинистыми минералами, тонкодисперсным органическим веществом
Реже присутствует алевритовый и песчаный материал.
Структура породы определяется различиями , такими как биоморфные, детритовые, силамовые, зернистые, обломочные и другие.
Химический состав СаО-55, 64% , МgО-0, 02%, СО2-43, 38%, SiO2-0, 16%, Al2O3 0, 07 %, P2O5-следы.
Доломиты-породы, преимущественно прочные низкопористые, нередко трещиноватые. Наиболее распространены хемогенные. Состав в основном минералы доломита и содержат примеси гипса, ангидрида, кальцита, глинистых частиц и др.
Химические свойства СаО-30, 4%; MgO-21, 9%; (CaMg(CO3)2-47, 7%СО2).
Окраска доломитов преимущественно светлая, голубовато-серая, серовато- желтая, кремовая зеленовато-серая. Встречаются и темно цветные, например, коричневато-черные и бурые нефтенасыщенные доломиты.
Мел-состоит преимущественно из кальцита, содержит незначительную примесь кремнозема, а иногда глинистого и даже обломочного материала.
Окраска породы-белая, иногда с сероватым или слабым буроватым оттенком.
Мел не прочен , легко поддается обработке ножом, стеклом, пачкает руки, высоко порист(40-50%), хорошо впитывает воду.
2. Сброс - есть разрывное нарушение, у которго висячее крыло относительно лежачего смещено вниз.
Сбросы образуются либо при перемещении одного крыла, либо при движении обоих крыльев в разных направлениях, либо при разноскоростном движении обоих крыльев в одном направлении.
При сбросе образуется образуется зона зияния. Поэтому скважины, пересекающие сброс, фиксируют выпадение части пластов из разреза.
K1-зона зияния; f-f—сместитель.
Взбросом называется разрывное нарушение, у которого висячее крыло относительно лежачего смещено вверх.
В результате образуются зоны перекрытий, которые фиксируются в разрезе скважин повторением одних и тех же пластов.
У взбросов угол наклона сместителя всегда больше 60 градусов.
K2-зона перекрытия, f-сместитель.
Разрывные нарушения, по форме напоменающие взбросы, но с меньшими углами сместителя, называются надвигами:
Сдвигом называется разрывное нарушение, при котором смещение пород происходит в горизонтальной плоскости.
Наряду с неречисленными, в природе встречаются более сложные разрывные нарушения: сбросо-сдвиги и взбросо-сдвиги. :
Блок-диаграмма сбросо-сдвига:
Грабеном называется блок горных пород, ограниченный разрывными нарушениями и опущенный относительно смежных с ним блоков.
К грабенам нередко приурочены речные долины, а на дне океанов- -подводные рифы(долины). Грабены часто ослажняют своды складок.
Они сопутствуют почти всем соляным куполам Северного Прикаспия.
Горстом называется ограниченный разрывными нарушениями блок горных пород, поднятый относительно смежных с ним блоков.
Горсты могут быть тесно связанны с антиклинальными складками, а также могут быть самостоятельными структурными формами.
а –Горсты; в-Грабены;.
Простейшими видами складок являются антиклинали и синклинали
У антиклинали изгиб слоев обращен выпуклостью вверх, у синклинали выпуклостью вниз.
В каждой складке различают ее элементы. Боковые поверхности складки называются крыльями; зона , в которой сходятся крылья, характеризующаяся максимальной кривизной, -замком, или сводом складки; биссекторная плоскость угла между крыльями складки- -осевой плоскостью; линия пересечения осевой плоскости с замком- -шарниром, а проекция шарнира на поверхность Земли-осью складки.
Осевой поверхностью называют поверхность, проходящую через шарниры всех слоев, слогающих складку.
Толща горных пород, лежащая в перегибе антиклинальной или синклинальной складок, является ядром складки.
В ядре антиклинали залегают наиболее древние породы, в ядре синклинали-наоборот, наиболее молодые.
Окончания антиклинальных складок называют переклинальными, а синклинальных-центриклинальными.
Длиной складок считается расстояние между их переклинальными или центриклинальными окончаниями, шириной- расстояние между осевыми поверхностями в поперечном сечении, ограничивающими складку.
В складках , развитых в пределах складчатых областей, наблюдаются пластические перемещения некоторых горных пород, ведущие к увеличению мощности слоев на сводах складок.
Складки в этих областях расположены параллельными рядами, причем антиклинали чередуются с сопряженными с ними синклиналями, что соответствует полной складчатости.
По морфологическим признакам выделяют: линейные складки с соотношением длины к ширине более чем 10:1, брахиантиклинальные и брахисинклинальные складки с соотношением длины к ширине от 10:1 до 2, 5:1.
На окраинах складчатой области длина складок уменьшается и они могут иметь почти округлую форму (купола).
Брахиантиклинальная складка:
Тип структуры-морфологический, присущий платформенным областям, соотношение длины к ширине от5:1 и менее.
В этом особенность определения данной геологической структуры.
Методика построения сводного стратиграфического разреза.
Стратиграфия (от лат. stratum — настил, слой и . . . графия), раздел геологии, изучающий последовательность формирования геологических тел и их первоначальные пространственные взаимоотношения. Для этих целей в первую очередь используется возможность прослеживания пластов осадочных горных пород и изучение их фациальных изменений в бассейнах прошлых геологических эпох. Основное значение для установления одновозрастности изученных отложений имеет состав ископаемых организмов, находимых в осадочных толщах, отражающих необратимое развитие органического мира Земли . Поэтому Стратиграфия тесно связана с палеонтологией, а также с геохронологией — учением о хронологической последовательности формирования и возрасте горных пород, слагающих земную кору. Возникновение Стратиграфии связано со становлением геологии как науки; она послужила основой создания геологических карт и геохронологической шкалы.
Предмет и методы исследования Стратиграфии:
Основным положением в Стратиграфии является закон последовательности напластования, когда при нормальном залегании пластов каждый подстилающий пласт древнее покрывающего; исключение из этого правила наблюдается только в том случае, когда в результате тектонических деформаций первичное залегание пластов нарушается, и они могут оказаться перевёрнутыми. Пласты горных пород, отлагавшиеся в бассейнах прошлых геологических периодов, залегают в определённой последовательности, изучая которую можно составить стратеграфическую колонку . При сопоставлении этих колонок применяются различные методы, из них наиболее распространённым и надёжным является палеонтологический метод, основанный на необратимом прогрессивном развитии органического мира Земли. Палеонтологический метод может применяться только с учётом данных палеоэкологии.
По существу все группы ископаемых организмов могут быть использованы для целей стратиграфической корреляции; особенно большое значение имеют остатки мельчайших организмов, встречающихся в массовом количестве (фораминиферы, радиолярии, нанопланктон, диатомовые и др. ); даже небольшие куски осадочных горных пород содержат сотни и тысячи таких организмов, что особенно важно при определении возраста пород в кернах буровых скважин. Этими же особенностями отличается и применение споровопыльцевого анализа, который используется для определения возраста осадочных толщ всех подразделений фанерозоя . Палеонтологический метод имеет широкое применение во всей фанерозойской истории Земли. В более древних отложениях докембрия остатки животных встречаются крайне редко; в массовом количестве встречаются следы жизнедеятельности синезелёных водорослей, которые в 1960-е гг. начали с успехом использоваться для расчленения и корреляции карбонатных толщ верхнего докембрия; в более древних отложениях палеонтологический метод пока не применяется.
Ведущее значение для более древних отложений приобретают данные изотопных определений, основанные на радиоактивном распаде различных элементов (К, U, Pb), заключённых в минералах осадочных и магматических горных пород . Информация по изотопному возрасту осадочных пород довольно скудна. При калий-аргоновом методе датирования используются очень редкие калийные соли (карналлит) и обычный для осадочных пород глауконит. Рубидий-стронциевый метод определения применяется при исследовании разнообразных глинистых пород и кислых эффузивов; урано-ториевым методом датируются цирконы из эффузивов.
Значительно более полные данные о возрасте пород указанными методами могут быть получены для разнообразных интрузивных горных пород, внедрявшихся в осадочные толщи; основная трудность заключается в том, чтобы привязать эти точные цифры к стратиграфической колонке (для этих целей внимательно изучаются контакты интрузивного тела с осадочными слоистыми толщами). Во многих случаях истинный возраст интрузивных массивов может быть установлен только по результатам изотопных определений.
Из др. методов корреляции слоистых осадочных и вулканогенных толщ используются данные литологического и геохимического исследования (сопоставление по преобладанию тех или иных минералов или элементов) и различные геофизические методы